Valorisation des sédiments de dragage dans l'industrie cimentaire

Valorization of dredged sediments in the cement industry

• Auteur / Autrice : Duc Chinh Chu
• Direction : Mahfoud Benzerzour, Nor-Edine Abriak
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'Ingénieur
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Lille Douai
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Eqiom
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre for Materials and Processes / CERI MP - IMT Nord Europe
• Jury : Président / Présidente : Ali Nordine Leklou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Bernard, Rose-Marie Dheilly, Mouhamadou Al Amine Amar, Ammar Yahia
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Salima Aggoun

Mots clés

Mots clés libres

Sédiment

Ciment

Hydratation

Calcination Flash

Pouzzolanique

Cemhyd3d

Sediment

Cement

Hydration

Flash calcination

Pouzzolanic

Cemhyd3d

Résumé

En France, environ 56 Mm3 de sédiments sont annuellement dragués mais sont considérés comme des déchets au vu de la réglementation. Cette quantité de sédiment pose aux gestionnaires la responsabilité de trouver des solutions adaptées afin d’éviter tout effet néfaste sur l’environnement. En outre, l’industrie cimentière française, avec une production d’environ 16.7 Mt de ciment en 2019 consomme une très grande quantité des matières premières extraites des gisements telles que le calcaire, les argiles, etc. L’extraction de ces matières premières cause par ailleurs de sérieux enjeux environnementaux. Par conséquent, l’utilisation de sédiments en tant que matière première dans la fabrication de ciments et de liants pourrait être une solution à plusieurs avantages. Cette approche permettra ainsi une réutilisation de quantités importantes de sédiments disponibles en tant que matière première secondaire pour l’industrie cimentière et les liants pour la construction. Deux procédés de valorisation ont été étudiés pour atteindre les objectifs de ce travail de recherche : le premier concerne la valorisation du sédiment dans le cru cimentaire, l’évaluation les effets de l’incorporation du sédiment sur la formation des phases minérales du clinker et la réactivité du ciment à base sédiment. La seconde approche consiste quant à elle à l’utilisation du sédiment traité par la calcination Flash en tant qu’addition minérale dans les liants. Les différents essais réalisés permettent de mettre en évidence les effets du sédiment calciné sur l’hydratation du ciment et la contribution au développement des résistances mécaniques, ainsi que sur la microstructure. Le comportement des matériaux formulés a ainsi été étudié et validé à l’échelle expérimentale et numérique. Les résultats obtenus démontrent un fort potentiel d’utilisation des sédiments dans ce type d’applications.

In France, approximately 56 Mm3 of sediments are dredged annually but are considered as waste in view of the regulations. This amont of sediment places the onus on managers to find suitable solutions to avoid any negative effects on the environment. In addition, the French cement industry, with a production of around 16.7 Mt of cement in 2019, consumes a very large amount of raw materials extracted from deposits such as limestone, clays, etc. The extraction of these raw materials also causes serious environmental issues. Therefore, the use of sediment as a raw material in the manufacture of cements and binders could be a solution with several advantages. This approach will thus allow the reuse of large quantities of sediments available as secondary raw material for the cement industry and as binders for construction. Two valuation processes were studied to achieve the objectives of this research work: the first concerns the valuation of the sediment in the cementitious raw material, the evaluation of the effects of the incorporation of the sediment on the formation of the mineral phases of the clinker and the reactivity of sediment-based cement. The second approach consists of using the sediment treated by flash calcination as a mineral addition in the binders. The various tests carried out make it possible to demonstrate the effects of the calcined sediment on the hydration of the cement and the contribution to the development of mechanical resistance, as well as on the microstructure. The behavior of the formulated materials was thus studied and validated on an experimental and numerical scale. The results obtained demonstrate a strong potential of the use of sediments in this type of applications.